JP2004296992A

JP2004296992A - セラミック積層電子部品

Info

Publication number: JP2004296992A
Application number: JP2003090477A
Authority: JP
Inventors: Koichiro Kurihara; 光一郎栗原; Mitsuhiro Azumaguchi; 光博東口
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2003-03-28
Filing date: 2003-03-28
Publication date: 2004-10-21

Abstract

【課題】接続信頼性の高いビアホールを有するセラミック積層電子部品を提供する。
【解決手段】内部に円錐形状のビアホール電極を備えたセラミック積層電子部品であって、ビアホール電極の断面形状が概ね台形形状であり、ビアホール電極の直径が、ビアホール電極を形成しているセラミックシートの厚さに対して、最大径で０．９倍〜１．６倍であり、かつ、最小径で０．７倍〜１．３倍の範囲内であることを特徴とした。
【選択図】なし

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、セラミック積層電子部品に関し、特にはセラミック積層基板のビアホール形状に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、セラミック積層電子部品のビアホール電極は、直径２００μｍφ程度のピンとダイスにより、機械的にセラミックグリーンシートを打ち抜いてビアホールとし、そこに導体ペーストを充填してセラミックグリーンシートとともに一体焼結して形成していた。しかし、近年のレーザー加工技術の進歩により、最近では、ビアホールの形成にＣＯ_２レーザーなどが使用されるようになって来ている。
従来のピンとダイスによるビアホール形成では、一般的にピンとダイスの金型コストが高く、また、一度金型を作製すると、ビアホール位置の修正などは不可能という問題があった。更には、ピンやダイスは使用頻度に応じて、磨耗が進み、最悪はビアホールの打ち抜きができず、ビアホールを形成できないケースが発生する可能性があり、ピンとダイスのメンテナンスが非常に重要であり、並行して所望のビアホールが形成されているかどうかをチェックあるための検査装置・検査工程が必須であった。
他方、レーザー加工によれば、原理的にビアホール位置はプログラムにより容易に修正可能であり、また位置レーザーの出力やパルス時間の設定変更により、形状もほぼ任意に設定ができるメリットを持っている。また、機械的な磨耗の可能性も小さく、かつビアホール形状の経時変化も少ないということから、急速に普及している。（例えば特許文献１）
【０００３】
セラミック積層電子部品を製造する工程において、ビアホールの形成については、セラミックグリーンシートのみに穴あけを行うのではなくて、シート成形後、シート成形時に使用されるキャリアフィルム（例えばＰＥＴフィルム）とともにハンドリングする大きさに裁断し、キャリアフィルムとセラミックグリーンシートとが一体となった状態で穴あけする場合が多い。その後、導体パターン印刷などの工程を経て、シート同士を位置合わせしながら積層し、キャリアフィルムとグリーンシートを剥離する。
しかしながら、グリーンシートとキャリアフィルムを同時に穴あけして、導電ペーストを充填した後、グリーンシートとキャリアフィルムを剥離する際、ビアホールに充填した導電ペーストの一部が、キャリアフィルム側に持っていかれて、グリーンシート側に残る導電ペーストが不足し、結果として、焼成後のビアホール電極部の電気抵抗が高くなったり、断線するという問題があった。
その解決方法の一つとして、キャリアフィルムの厚さを、グリーンシートの厚さと同等以上にし、レーザーの条件によりグリーンシート側は穴が貫通しているが、キャリアフィルム側は未貫通の構造にし、そこに導電ペーストを充填することで、積層時に導電ペーストが十分グリーンシート側に充填される状態として、積層時に導電ペーストのほぼ１００％を転写する方法がある。（特許文献２）
【０００４】
【特許文献１】特開平９−９２７５３号
【特許文献２】特開２００１−１４８５７０号
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし前記方法では、レーザーによる穴あけの制約、即ちエネルギー制御や穴形状の制御の制約があるため、多様なシート厚さに対して、キャリアフィルムの厚さを同様に多様に用意する必要があり、種々の厚さのグリーンシートから構成されるセラミック積層電子部品の生産には、それぞれのキャリアフィルムに応じた成形設備の増設とか、または設備を増設しない場合でもキャリアフィルムの交換のための段取り工数が必要であり、高い生産性を上げることは困難である。また、キャリアフィルムの価格は厚さにほぼ比例しており、厚いキャリアフィルムを使用することはコスト的に不利である。
そこで本発明の目的は、ビアホールを有するセラミック積層電子部品であって、ビアホールの接続信頼性が高い積層部品を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内部に円錐形状のビアホール電極を備えたセラミック積層電子部品であって、前記ビアホール電極の断面形状が概ね台形形状をなしており、ビアホール電極の直径を、ビアホール電極を形成しているセラミックシートの厚さに対して、最大径で０．９倍〜１．６倍であり、かつ、最小径で０．７倍〜１．３倍の範囲内としたセラミック積層電子部品である。
ここで、ビアホールの断面形状、および最大径と最小径を規定したのは、レーザーによるビアホール形成では、一般に、レーザーの照射される面側が大きくなり、反対面が小さくなるような概ね台形形状になるためである。
本発明においては、ビアホール電極の最小径部の実質的な面積が、前記ビアホール電極により接続される配線ラインの断面積以上とするのが好ましい。
【０００７】
ビアホール電極は、隣接または、数層離れたグリーンシート上の配線ライン同士を接続させるのが主な目的であるが、例えば、２００μｍ幅、１０μｍ厚さの配線ラインとすると、ビアホールの径が２００μｍφとすれば、ビアホールの内部の壁に１０μｍの厚さ、ビアホールの壁の内周の約１／３長さの導電層があれば、ラインと同等の電気伝導度が得られると計算できる。同様の配線ラインに対して、ビアホールの面積全体が導電層であるとすると、直径約５０μｍあれば同等の電気伝導度が確保できる。このことから、積層部品で一般的な２００μｍ幅、１０μｍ厚さのライン電極同士を接続するためには、ビアホール電極の最小直径が５０μｍであれば、十分であることが分かる。
前記、解決の手段の内容で、ビアホール電極の最小径部の面積を「実質的」と表現したのは次の理由による。即ち、ビアホールに充填する導電ペーストは、セラミックスと熱膨張係数を近似する方法として、積層部品の主成分のセラミックス粉や、ガラスフリットを混合分散させることがあり、この場合、セラミックス粉やガラスフリットは絶縁材料であるため、ビアホールの電気抵抗を上げる作用がある。このため、前記絶縁材料を含有する場合は、実際の断面積が大きくする必要があり、ここで言う「実質的」とは、ビアホールの断面積から絶縁材料含有による断面積を差し引いた値のことである。
【０００８】
【発明の実施の形態】
発明者らは、前記レーザー加工より、直径の異なるビアホールを作製し、導電ペーストをスクリーン印刷により充填し、積層後のビアホールにおける導電ペーストの充填状態を調査した。即ち、スクリーン印刷で充填した導電ペーストに注目し、キャリアフィルムをグリーンシートから剥離する際に、本来グリーンシート側に残留すべき導電ペーストが、キャリアフィルム側にどの程度持って行かれるか調査した。その結果、シート厚さとビアホール電極径の比に密接な関係があり、シート厚さとのビアホール電極径比、シート厚さをビアホール電極径で割った値が概略１に近い場合、ほとんどキャリアフィルム側に導電ペーストを取られないことがわかった。
更に、詳細にビアホール電極径との関係を詳細に調査した結果、シート厚さに対して、最大径で０．９倍〜１．６倍の範囲内で、かつ、最小径で０．７倍〜１．３倍の範囲内である場合、ビアホール容積の９０％以上の導電ペーストをグリーンシート側に保持することが分かった。より好ましくは、最大径で１．０倍〜１．５倍の範囲内で、かつ、最小径で０．８倍〜１．２倍の範囲内である場合は、９５％以上の好結果が得られた。
ビアホール電極の最大径が０．９倍より小さい場合、または、最小径が０．７倍より小さい場合は、スクリーン印刷による充填が不十分であり、また最大径が１．６を超える場合、または最小径が１．３倍を超える場合は、キャリアフィルム側にビアホールの容積の１０％を超える導電ペーストが取られ接続の信頼性が低下する。
【０００９】
【実施例】
以下、実施例について詳細に説明する。
（実施例１〜１５）
本発明による実施例の説明を行う。Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＳｒＣＯ_３、ＴｉＯ_２、Ｂｉ_２Ｏ_３、Ｎａ_２ＣＯ_３、Ｋ_２ＣＯ_３、ＣｏＯ、ＣｕＯ、ＭｎＯ_２の原料粉を、所定の組成になるように秤量し、純水と一緒に、ボールミルで混合し、混合スラリーを得た。前記スラリーにＰＶＡをスラリー重量に対して１ｗｔ％添加した後、スプレードライヤーにて乾燥し、平均粒径が約０．１ｍｍの顆粒状の乾燥粉を得た。前記顆粒粉を、連続炉にて最高温度８００℃にて仮焼して、目的とする組成である仮焼粉を得た。
【００１０】
本発明の具体的な実施例として、３２１６サイズ（長手３．２ｍｍ×短手１．６ｍｍ×高さ約１．０ｍｍ）のセラミック積層電子部品（分配トランス）を作製した。図１に外観図、図２に等価回路を示す。また、図３に内部の配線ライン、ビアホールによる接続の形態を示す。
以下、セラミック積層電子部品の作製工程を述べる。
前記、仮焼粉を、エタノール中に分散させてボールミルで平均粒径１．２μｍまで粉砕し、更に、シート成形用のバインダーであるＰＶＢ（ポリビニルブチラール）を仮焼粉重量に対して１２ｗｔ％、および可塑剤であるＢＰＢＧ（ブチルフタリルブチルグリコレート）７．５ｗｔ％を添加し、同一のボールミルにて、溶解・分散を行い、シート成形用のスラリーを得た。前期スラリーを減圧下で、脱泡および一部の溶剤の蒸発を行い、約１００００ｍＰａ・ｓの粘度になるように調整した。粘度調整後、ドクターブレードにて、５０μｍ厚さのキャリアフィルム上にシート成形を行い、乾燥後約５０、１００、１５０、２００、２５０μｍの厚さのセラミックグリーンシートを得た。後工程のハンドリングのため、約１５０ｍｍの大きさに裁断した。
【００１１】
異なる厚みを有するシートのそれぞれのほぼ中心約１５０ｍｍ角の部分に、前記３２１６サイズの分配トランスが１５×３０＝４５０ヶ得られるような設計として、各シート厚さに対して、表１に示す形状の穴をレーザー加工により穴あけした。
【００１２】
【表１】

【００１３】
また、表２に各穴径でのレーザー条件を示す。ＣＯ_２レーザー加工機は三菱電機株式会社製ＭＬ６０５ＧＴＸ−ＩＩＩを、発振器は５００３Ｄ２を使用した。穴あけ後、内部配線パターンをスクリーン印刷した。
【００１４】
【表２】

【００１５】
前記印刷後のセラミックグリーンシートを、所定のパターンの画像処理による位置合わせを行って積層圧着した。用いたセラミックグリーンシートは全て同一のシート厚さで行い、圧着後の高さを、約１．２ｍｍの高さになるように行った。
尚、内部配線ラインのライン幅は２００μｍで、乾燥後の厚さは１０μｍとした。また、ビアホールとの接続部分は、積層位置ずれが発生しても、十分導通が取れるように、３５０μｍφの形状にした。圧着条件は、圧力１１０ｋｇ／ｃｍ^２、温度８５℃、１０分保持で行った。
前記積層体を焼成後３２１６サイズになるようにチップサイズに切断した後、焼成セッターに配置し、連続炉で脱バインダー及び焼成を行った。焼成は大気雰囲気中９００℃で２時間保持した。焼成後、内部配線ラインが露出している部分に、Ａｇを主成分とし、ガラス成分を含む外部電極ペーストを塗布し、８００℃で焼き付け後、電解めっきにて、焼き付け後の銀表面に、ニッケルめっきおよびスズめっきを行い、積層部品を作製した。
一つの積層体から選られた４５０ヶの分配トランスについて、Ａ端子とＣ端子間を、アドバンテスト製Ｒ６５５１デジタルマルチメーターにて抵抗値を測定し、断線の有無を調べた結果、全て断線は無かった（表１参照）。また、部品のＡ端子とＣ端子との間の電気抵抗のばらつきも少なかった。
【００１６】
（比較例１〜５）
比較例として、ビアホールの穴径を、レーザー加工条件の内、パルス数を変えて、他の条件は前記実施例と同様にして４５０ヶを作製、評価を行った結果を表３に示す。
シート厚さに対して、ビアホール電極の直径の最大径が１．６を超える場合、または最小径が１．３倍を超える場合（Ｎｏ．１、２）は、または最大径が０．９倍より小さい場合、または、最小径が０．７倍より小さい場合（Ｎｏ．３〜５）は、電気抵抗のばらつきが大きくなるとともに、その絶対値も増加し、電気抵抗を評価できなかった個数、即ち断線している部品が３１〜１５５ヶ確認できた。
【００１７】
【表３】

【００１８】
【発明の効果】
前記実施例に示したように、本発明によれば、ビアホール電極部において断線が発生しないという、接続信頼性が高いセラミック積層電子部品を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係るセラミック積層電子部品の斜視図である。
【図２】本発明の一実施例に係るセラミック積層電子部品の等価回路である。
【図３】本発明の一実施例に係るセラミック積層電子部品の分解斜視図である。

Claims

内部に円錐形状のビアホール電極を備えたセラミック積層電子部品であって、前記ビアホール電極の断面形状が概ね台形形状をなしており、ビアホール電極の直径が、ビアホール電極を形成しているセラミックシートの厚さに対して、最大径で０．９倍〜１．６倍であり、かつ、最小径で０．７倍〜１．３倍の範囲内であることを特徴とするセラミック積層電子部品。
ビアホール電極の最小径部の実質的な面積が、前記ビアホール電極により接続される配線ラインの断面積以上であることを特徴とする請求項１に記載のセラミック積層電子部品。